Детонационная стойкость автомобильного бензина

Решающим показателем, определяющим соотношение компонентов в товарных бензинах, часто является детонационная стойкость. Высокая детонацион­ная стойкость достигается тремя основными путями:

1) использование в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах.

2) предусматривается широкое использование высокооктановых компонен­тов, вовлекаемых в товарные бензины.

3) состоит в применении антидетонационных присадок.

В настоящее время широко используют все три пути повышения стойкости.

Для отдельных групп УВ, входящих в состав бензинов, можно сделать следующие краткие выводы об их стойкости.

Алканы нормального строения: начиная с пентана углеводороды этого ряда характеризуются очень низким октановым числом, причём чем выше их молекулярная масса, тем октановые числа ниже. Существует почти линейная зависимость от их молекулярной массы.

Алканы разветвлённого строения: разветвление молекул предельного ряда резко повышает их детонационную стойкость, так у октана октановое число 20, а у 2,2,4 - триметилпентана 100. Наибольшие октановые числа отмечаются для изомеров с парными метильными группами у одного углево­дородного атома (неогексан, триптан, эталонный изооктан), а также у других триметильных изомеров октана. Благодаря высоким антидетонационным свойствам изоалканов – они весьма желательные компоненты бензина.

Алкены: появление двойной связи в молекуле у/в нормального стро­ения вызывает значительное повышение детонационной стойкости, по срав­нению с соответствующими предельными углеводородами.

Циклоалканы: первые представители рядов циклопентана и циклогек­сана обладают хорошей детонационной стойкостью, особенно это относится к циклопентану. Их приёмистость к ТЭС также очень высока. Эти углеводо­роды являются ценными составными частями бензина. Наличие боковых це­пей нормального строения как у циклопентановых, так и циклогексановых углеводородов приводит к снижению их октанового числа. При этом, чем длиннее цепь, тем ниже октановые числа. Разветвление боковых цепей и уве­личение их количества повышают детонационную стойкость циклоалканов.

Арены: почти все простейшие арены ряда бензола имеют октановые числа около 100 и выше. Арены и ароматизированные бензины наряду с разветвленными алканами - лучшие компоненты высокооктановых бензинов. Однако содержание аренов в бензинах следует ограничить примерно до 40 - 50%. Чрезмерно ароматизированное топливо повышает общую температуру сгорания, что влечёт за собой увеличение теплонапряжённости двигателя.

Вышеприведенные данные помогают понять особенности детонацион­ных характеристик типичных компонентов компаундирования. А именно:

В бензинах прямой перегонки нефти содержится много парафиновых углеводородов слабо разветвлённого строения с низкой детонационной стой­костью; октановые числа таких бензинов невелики. Лишь из отдельных «от­борных» нефтей можно получить бензины прямой перегонки с октановым числом А-70. Бензины прямой перегонки и их головные фракции используют в небольшом объёме для приготовления автомобильного бензина А-76.

Бензины, полученные каталитическим крекингом, имеют более высокую детонационную стойкость, что обусловлено главным образом уве­личением содержания в бензиновых фракциях ароматических и изопарафи­новых углеводородов. Антидетонационные свойства бензинов каталитичес­кого крекинга зависят от фракционного состава сырья, режима крекинга, сос­тава катализатора и могут колебаться в широких пределах. Бензины катали­тического крекинга часто используют как базовые для приготовления товар­ных высокооктановых бензинов.

Процесс каталитического риформинга позволяет получать бензины с высокой детонационной стойкостью за счёт ароматизации и частичной изомеризации.

При разработке рецептуры товарного бензина следует учитывать, что детонационная стойкость смеси различных компонентов не является адди­тивным свойством. Октановое число компонентов в смеси может отличать­ся от октанового числа этого компонента в чистом виде. Каждый компонент имеет свою смесительную характеристику или, как принято называть, окта­новое число смешения, причём для данного компонента оно непостоянно, и зависит от массы введённого компонента, состава базового бензина и присут­ствия других компонентов. Октановые числа смешения газовых бензинов, бензинов прямой перегонки из парафинистого и смешанного сырья некото­рых технически чистых углеводородов изостроения обычно близки к их окта­новым числам в чистом виде. Октановое число смешения высокооктанового компонента обычно тем выше, чем ниже октановое число базового топлива.

При подборе компонентов для приготовления товарных бензинов необ­ходимо обеспечить равномерность распределения октанового числа по фрак­циям бензина. В бензинах прямой перегонки низкокипящие фракции имеют более высокую детонационную стойкость, чем высококипящие. В бензинах каталитического крекинга октановые числа различных фракций близки меж­ду собой. В бензинах платформинга некоторые головные фракции имеют низкую детонационную стойкость, высококипящие ароматизированные фракции имеют октановое число выше 100.

Для получения товарного бензина с равномерным распределением де­тонационной стойкости по фракциям к бензину платформинга добавляют только тот высокооктановый компонент, который кипит в интервале от 70 до 110-130°С. При составлении рецептур смешения товарных бензинов явление фракционирования необходимо учитывать, а также, следует иметь в виду, что содержание ароматических углеводородов в автомобильных бензинах не должно быть более 45-50%. Это в стандартах не предусмотрено, однако опыт эксплуатации показывает, что такое содержание ароматических углеводо­родов является оптимальным.

Моторный и исследовательский методы определения октанового числа

Октановое число - характеризует детонационную стойкость бензина, определяется двумя методами.

1) 1-ый принято называть моторным (м.м.). Этим методом определяется детонационная стойкость бензина при длительной работе на номинальных нагрузках, в обозначении бензина этот метод не указывается (А-76).

2) 2-ой метод – исследовательский (и.м.), этим методом определяется детонационная стойкость бензина при неустановившихся режимах (АИ-93, А–автомобильный, И–исследовательский метод определения ОЧ, О.Ч.=93).

Разность ОЧ и.м. - ОЧ м.м. = 2-12 характеризует чувствительность бензина к режиму работы двигателя. Детонационная стойкость топлива вы­ражается октановым числом, которое численно равно содержанию по объему в процентах изооктана в смеси с нормальным гептаном, обладающей эквива­лентной данному топливу детонационной стойкостью (например, бензин А-76 имеет детонационную стойкость такую же, как смесь 76% по объему изооктана и 24% - нормального гептана).

АИ-93 и.м. примерно соответствует А-86 м.м. Если использовать бензин с меньшим октановым числом, возрастают нагрузки (жесткое сгора­ние, детонация) и износ двигателя. Если использовать бензин с большим октановым числом - перегрев и выход из строя маслоотражающих колпачков, резина становится хрупкой от перегрева, расход масла резко возрастает, про­исходит обгоpание выхлопных клапанов и нарастание нагара на впускном. И их пpогоpание как следствие. В обзоре представлена таблица: